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(Section3)§3-3机械加工振动及抑制振动途径mechanicalvibrationandcontrollingwaysofvibration⚫1.机械加工振动主要有强迫振动(Forcedvibration)与自激振动(self-excitedvibration)两大类，前者占3

0%，后者占65%。⚫(1)强迫振动(forcedvibration)⚫由外界的周期性干扰力的作用而引起的振动。⚫1)强迫振动特征⚫①在外界干扰力(周期性)作用下产生，振动本身并不引起干扰力的变化；⚫②强迫振动频率与干扰

力的频率相同或是它的倍数；⚫③受迫振动幅值∝干扰力频率/系统固有频率的比值。干扰力↑，刚度及阻尼系数↓，则振幅愈↑。⚫(2)振动原因（vibratingcause)⚫机内振源:高速旋转件不平衡、传动机械缺陷(齿轮、皮带接扣)、切削冲击。⚫机外振源

:通过地基传动，如冲床。⚫(3)防治途径与方法通过频谱分析，从而在工艺系统内外部寻找相同频率(或整数倍的频率)振源来确定干扰源。措施:⚫①消除或减少机内外干扰源n>600r/min应进行平衡(卡盘、刀具、砂轮、电机)；外干扰力可采用隔振，用金属弹簧或

空气弹簧、橡胶垫片。隔振地基vibrationisolationfoundationbedMachinetoolbasegroundspring⚫②改善机床加工系统的动态特性Δ控制频率比λ<1。例：铣削易

产生共振。Δ提高机床加工系统的刚度及阻尼例：减轻零件部件的质量→减小惯性力，增加阻尼，采用对振动冲击不敏感材料，如夹布胶木作为齿轮材料。③采用减振装置(采用液压减振)调整杆弹簧后活塞前活塞液压油作用于工件上切削力⚫2)自激振动(self-excitedvibration)加工过程中，

没有周期性外干扰力作用下的稳定振动。维持自激振动的交变力是自激振动系统在振动过程中自行产生的(自振或颤振(flutter))。⚫这种振动是由振动过程本身引起某种切削力来加强与维持振动，使振动系统补充因阻尼(damping)作用消耗的能量。(2)自激振动特点⚫①自激振动频率接近于

加工系统薄弱环节固有频率，其取决于机床加工系统的固有特征。这一点与自由振动相似，但不相同；与强迫振动根本不同。⚫②自激振动是一种不衰减(fadeless)振动。外部的干扰有可能在最初触发振动时起作用，但是它不是产生这种振动的直接原因。⚫③自振能否产生以及振幅大小，决定于

每一振动周期内系统所获得的能量与所消耗的对比情况。⚫④自振形成与持续是由于过程本身产生的激振和反馈作用。如果停止切削，即使机床仍继续空运转，自激振动也就停止了。⚫产生自激振动的交变力及维持振动能量来源⚫干扰力→自由振

动→切削厚度变化→切削力变化→系统振动。⚫自激振动没有外来周期性干扰力(disturbingforce)，加工工艺系统产生自激振动前，有一个强迫振动作前导。⚫(3)产生自激振动的几种机理（mechanism）⚫①再生颤振（regenerationflutter）⚫工件转动一圈后，进行第

二圈切削时，还会切削前一圈的表面，这就是重叠。由前一圈振纹所引起的振动就是再生颤振。⚫产生再生颤振的两个条件:①重叠切削μ=(B-f)/Bf—进给量；B—刀宽。⚫μ↑,颤振↑；⚫纵磨时,μ<1；Bgrinderworkpiecefvelocity重叠⚫切槽、切断μ=1；f=0；(B-f)/B=1

CuttingtoolworkpiecemillerworpieceFirsttimecuttingSecondtimecuttingf=0⚫②振动频率与工件转速的比值60f/n=j+ε⚫ε--小数部分，-0.5≤ε≤

+0.5；⚫f—HZ；⚫n=r/min；⚫j—整数部分(一圈中，相对振动次数，切痕数)。⚫1.ε=0，或ε=1⚫例:工件n=200r/min；f=160HZ(J+ε)=60f/n=60×160/200=48(转动

一周振动次数)•切槽第一刀与第二刀相位相同，切深没有变化，所以切削力也不发生变化，所以工件成48角形。(一周48个切痕)，无旋向。切入与切出面积相同。E−=E+OФ=0°E+E--振纹无旋向AA’xy⚫２.0.5<ε<1.0⚫第二圈导前于第一圈

,振动；右旋。发生振动。0°<ф<180°振纹右旋A’AOyxФ=180°振纹无旋向⚫３.ε=0.5⚫相差180°，E+=E-，稳态不产生振动。OyxAA’180°<ф<360°振纹左旋E+E-AA’⚫４.0<ε<0.5⚫第二圈的振

动导前于第一圈，180°<ф<360°，E->E+，振动被抑制，不能产生颤振，左旋。OyxnovibratevibratenovibratenovibrateФ=0°0<ф<180°ф=180°180°<ф<360°⚫设第二圈的切削的振动运动为yn=

Ancosωt⚫则第一圈切削的振动运动为yn-1=An-1cos(ωt+ф)F(t)YXXOO’Ya0yn-1yna(t)βφa(t)=a0+(yn-1-yn)F(t)=kb(a0+yn-1-yn)⚫瞬时切削厚度a(t)及切削力F(

t)分别为:⚫⚫a(t)=a0+(yn-1-yn)⚫F(t)=kb(a0+yn-1-yn)⚫a0—名义切削层公称厚度;⚫k—单位切削宽度上的切削刚度系数;⚫b—切削层公称宽度。在一个振动周期内,切削力对振动系统所作功为：βF(t)与坐标Y的夹角

0°<ф<180°，△E>０,能量从外界输入振动系统；180°<ф<360°，△E<０，振动系统消耗能量。sincos)(cos)()(/201nnAkbAtdytFEE−−+=−=−=⚫(2)振型偶合原理⚫实际振

动系统都是多自由度系统。⚫例如车销过程中，刀尖相对工件的运动轨迹是一个形状和位置都不十分稳定，封闭的近似椭圆(称为变形椭圆)。Fk1k2x1x2ZY模态耦合（modecoupling）:平面内的两个自由度系统(振动系统

)，它的各个自由度上的振动相互联系。⚫假定工件不动，主振系统是刀具系统⚫x1,x2刚性轴⚫y=Aysinωt⚫z=Azsin(ωt+φ)⚫Ay,Az—y,z振幅;⚫φ—z向振动相对y向振动在主振频率ω上的相位差。当φ=0或2π，振动轨迹为一直线y=(1,

3)象限y=(AY/AZ)z当φ=π或-π，振动轨迹为一直线y=(2,4)象限y=-(AY/AZ)zＺＹＺＹ不振不振y=Aysinωtz=Azsin(ωt+φ)当φ=-π/2，振动轨迹为椭园（y／AY）２＋（Z／AZ)２＝１当

φ=π/2，振动轨迹为椭园（y／AY）２＋（Z／AZ)２＝１ＺＹＺＹ不振不振当φ=π/4，振动轨迹为椭园当φ=-π/4振动轨迹为椭园ＺＹDCBAＺＹDCBA振不振当φ=3π/4，振动轨迹为椭园当φ=-3π/4，振动轨迹为椭园ＺＹＺＹ不振振⚫切入从A、C、B；切削厚度薄，切削

力小；⚫从B、D、A切出切削厚度大，切削力大；⚫前者输出的能量<后者吸收的能量。ＺＹDCBAVibration⚫4）自激振动防治途径和方法⚫（1）消除或减小产生自激振动的条件⚫①减小切削刚度k(cuttingstiffness)⚫F(t)=kb△a

(t)⚫b——切削宽度；⚫a(t)——切削厚度变化量；⚫增加切削厚度、前角、主偏角，可减振。⚫②尽量减小重叠系数μ切断加工时，μ=1，再生效应最大；对一般外圆纵向车削时，μ=0～1，应使μ尽可能减小，以利于提

高机床切削的稳定性。⚫kba(t)V⚫③尽量增加切削阻尼⚫减小刀具后角，后角取2°～3°较为合适。在刀具后刀面磨出一小段不大的负倒棱。0.1-0.36°～10°2°～3°⚫④合理调整机械加工系统刚度主轴方位⚫削扁镗杆刚度位置，轴x1为强刚性轴；轴x2为弱刚性轴。。0<α<β,不振。α>β,振动

。αβYX2,K2X1,K1βworkpieceFαYX2,K2X1,K1βFβ⚫（2）改善机床加工系统动态特征⚫①提高工件系统刚度⚫例：采用跟刀架、支架。导轨跟刀架刀具工件zxyδ2AA振动体M冲击块②提高刀具系统刚性尽可能缩短悬伸部分。（3）采用减振装置当

不能根本上消除产生自激振动的条件；不能改善机床加工系统的动态特性时，采用减振装置。间隙计算：⚫δ=T/2(dXmaix/dt)=πA⚫x=Asinωt⚫T-振动体M的振动周期。⚫冲击块与块之间的径向间隙0.08～0.

14mm，轴向间隙=0.2～0.4mm。⚫冲击块应选比重和硬度较高的淬硬钢或硬质合金。⚫1.再生颤振（regenerationflutter）⚫产生再生颤振的两个条件:⚫①重叠切削⚫μ=(B-f)/B⚫②振动频率与工件转速的比值60f/n=j+ε⚫F(t)YXXO

O’Ya0yn-1yna(t)βφa(t)=a0+(yn-1-yn)F(t)=kb(a0+yn-1-yn)novibratevibratenovibratenovibrateФ=0°0<ф<180°ф=180°180°<ф<360°⚫2.模态耦合（modecoupli

ng）:平面内的两个自由度系统(振动系统)，它的各个自由度上的振动相互联系。Fk1k2x1x2ZY第四章机械加工工艺规程的制订working-outofprocedureofmechanicalprocession⚫§4-1概

述(summarize)⚫１.工艺规程的作用⚫定义：用文件规定下来的工艺过程，称为工艺规程。⚫1)组织生产的指导件文件（生产计划、调度、工人操作、质量检验的依据）。⚫2)生产准备工作的依据（刀具、夹具、量具的设计制造、采购(purchasing）原材料、毛坯料）。⚫3)新建和扩建

加工车间时，计算所需设备种类和数量。2.工艺规程(procedure)制订原则制定的工艺规程必须满足优质、高产、低消耗的要求。(Productionincreaseswithqualityupandco

stofproductiondown)两级圆锥平行轴圆柱齿轮减速器１)可靠地保证图纸上所有技术要求的实现，这是制定工艺规程的基本原则。２)确保以最经济的办法获得所要求的年生产纲领。⚫3.制定工艺规程步骤⚫1）制定工艺规程的原始资料(sourcemater

ial)⚫（1）零件图纸、装配图(assemblingdrawing)；⚫（2）生产纲领、投入批量（在成批生产中，一次投入加工的毛坯数量）；⚫（3）生产车间的具体情况；⚫（4）产品验收的质量标准。⚫2）制定零件加工工艺

规程的大致步骤⚫（1）分析产品的装配图与零件图⚫①熟悉产品性能、用途、工件条件、关键技术主要技术要求。⚫②工艺审查：图纸上规定的技术条件是否合理，零件结构工艺性是否可行。端盖上通气孔的加工工艺性双联齿轮结构工艺性process

abilityofproductstructureofduplicategears越程槽凸台(dummyclub）结构加工工艺性两凸台端面在同一个水平面上⚫（2）将零件结构和工艺特征将其分类分组（成组技术grouptechnology）制

定其中有代表性零件的工艺规程。123代表性零件的工艺规程⚫（3）根据生产纲领确定生产组织形式⚫大批大量的单一流水线，应采用高效加工方法与机床、专用工艺设备；单件小批量，采用万能机床和通用工艺设备。（4

）选择毛坯（selectionofblank）尽可能减少机械加工量，提高材料利用率，降低机加工成本，少切屑，无切屑加工是目前机械制造工业发展的方向之一。Gearblank⚫（5）工艺路线拟定(drawupoperationpath)⚫确定装夹方式，选择定位基准，确定各表面的加工方法和划分加工阶段

；合理安排各表面加工顺序，决定工序集中或分散程度。⚫（6）确定加工工序余量(margin)、工艺尺寸与公差⚫（7）确定每一工序所用设备、夹具与量具。⚫（8）确定切削用量，核定工时定额、工人等级。⚫（9）填写工艺文件。机械加工工序卡片零件图号YP01零件名

称圆盘车间工序号工序名称材料牌号机加工01粗车外圆QT600毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数夹具编号夹具名称切削液工序工时准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转速切削速度进给量吃刀量走刀次数工序机动工时工序辅助工时01车外圆面车床500r/min15m/s

1mm/r2mmØA±b§4-2定位基准选择selectionoflocationdatum⚫1.基准的基本概念⚫定义：指决定零件上被研究的面、线或点位置所依据的面、线、点。涉及到：设计、加工、检验、装配。(Design,procession,inspection,assembly)⚫基准的分

类：⚫1)基准在生产过程中的用途⚫设计基准(designdatum)、工艺基准(technologicaldatum)⚫①设计基准⚫用于零件设计图纸上，作为标注一些面、线、点（surface,line,point）的设计尺寸的基准。ABCDFE

孔O1、O2的设计基准：垂直方向上“D”；水平方向上“E”。孔O３的设计基准是：孔O1、O2的轴线。B面基准是：“D”。O1O2R1y2y3O3DEx1x2y1R2B⚫②工艺基准（定位基准、量度基准、装配基准）location

datum,measurementdatum,assemblydatum⚫工艺基准是零件加工、测量和装配过程中使用。⚫工艺基面：用于加工、测量、装配的一些加工完毕、尚未加工完毕或尚未加工的实际表面(actual

surface)。外圆面（基准）端面（基准）LØ100H7f6孔的圆柱面（基准）①②③①－机加工②－测量③－装配⚫2)基准表面状况⚫一般将基准分成粗基准和精基准。⚫粗基准：未加工的表面作为基准；⚫精基准：已加工的表面作为基准。⚫3)基准表面结构几何形状⚫工件的定位基

准可以按表面的结构形状分:如平面、外圆柱面、锥面。顶尖孔就是一锥面ØA主要基准导向基准止推基准附加基准平面三个自由度二自由度一个自由度不约束自由度⚫4)基准约束自由度的性质OZXYX,Y,Z平面：X,Z导向：Y止推：不约束自由度(degreefreedom)：附加基准OZYXX,

Z,Z长V型块：Y,Y没有限制,X⚫2.定位基准的选择⚫1)精基准选择⚫（1）基准重合⚫尽可能采用设计基准作为定位基准。⚫例如：镗活塞销孔，按设计需要，应保证尺寸A。ＡＢ－δdＥＦ以设计基准(E面)作为定位基准，镗活塞

销孔。按设计需要，应保证尺寸A。以F面作为定位基准，镗活塞销孔。A尺寸间接保证。B1EAδd32ＡＢFELδd⚫（2）基准统一⚫应使尽可能多的表面加工都用同一组精基准定位。⚫如活塞的加工，通常以辅助基准

作为统一精基准。EＡＢ－δdF面止口圆柱面⚫（3）自为基准⚫某些精加工工序，要求加工余量小而均匀，则可选被加工面本身作为精基准。⚫例：精镗连杆大、小端孔时，常用孔本身作为精基准。大端孔小端孔Linkagerod⚫（4）互为基准FE3E3F⚫（5）所选精基准，应

保证工件装夹稳定可靠、夹具结构简单、操作方便。Enginebed⚫2)粗基准选择⚫粗基准选择的两条主要原则：⚫①如果必须保证工件某一不加工面与加工面之间的相互位置要求，则应以不加工面作为基准；BAØB不加工面⚫如

果有好几个不加工表面，则选择其中与加工面相互位置要求较高的表面作为粗基准。⚫②所选的粗基准应保证精度要求高的各表面有足够的、均匀的加工余量。车床导轨面a33加工余量不均匀加工余量均匀气缸套铸件壁壁厚不均匀气缸套铸件壁壁厚不均匀⚫③粗基准必须使定位可靠便于夹紧，夹具结构简单

，粗基准表面必须平整光洁，没有毛刺，浇冒口或其它缺陷。⚫④粗基准避免重复使用(reapplication)一般只在第一道工序中使用一次。⚫活塞粗基准通常有两种不同方案。⚫（1）用外圆作粗基准车下端面及止口。⚫〇活塞壁厚不均匀；⚫〇加工余量在外圆周上是均匀的（以止口为定位）。⚫（2）用

内腔作粗基准⚫用内腔作粗基准车外圆，以后以外圆为基准加工以后工序；或者车出外圆后，再以外圆为基准车止口（rabbet），以后以止口作为辅助基准。⚫〇活塞活塞的壁厚均匀；⚫〇加工余量不均匀。加工余量内腔作对称中心线

以外圆作为对称中心线①、②是相矛盾的。如果壁厚不均匀，会使其强度不一致，重量不对称，它将影响它在汽缸中工作的平衡性。保证壁厚均匀性是主要的；保证加工余量是次要的。加工余量以内腔作为对称中心以外圆作为对称中心§4-3工艺路线的拟定drawuptechnicalroute⚫1.

表面加工方法的选择⚫1）外圆加工⚫车削是加工外圆的主要方法；⚫磨削用于精加工，尤其是淬硬后工件；⚫有色金属铜、铝一般不能用磨削来精加工，常用精细车。⚫2）孔加工⚫孔≤30mm实心；＞＝50mm铸出或锻出。⚫３）平面加工⚫铣与刨，平面一般用铣ØD4-ØA2.加工顺

序安排arrangementofprocessingorder⚫（应考虑经济效果，保证加工质量）⚫１）加工阶段的划分⚫（1）粗加工阶段主要是高效率地切除各加工表面上的大部分余量，为半精加工提供基准。⚫（2）半精加工阶段完成次要表面的终加工，如主要表面的精加工做好准备。⚫（3）

精加工阶段保证尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度。⚫（4）光整加工阶段减小表面粗糙度、改善表面物理——机械性能。尺寸、形状精度可提高，但位置精度不能提高。⚫2）划分加工阶段的主要目的⚫（1）保证加工质量粗、精分开（粗加工受力大、切削热多、受力变形、受热变

形大、内应力引起工件变形）。⚫（2）合理使用设备粗、精分开。⚫粗加工（功率大、精度低、生产率高、发挥设备潜能、提高生产率）。⚫精加工（在精度较高的机床上进行，有利于长期保持高精度设备的精度，有利于加工精度的稳定，有利于配备不

同等级的操作工人。）⚫（3）将粗加工安排前面及时发现毛坯缺陷(default)，及时确定后续工序是否可进行；精加工在后，可减少精加工表面受到损伤的机会。⚫（4）适应热处理的需要热处理将加工路线自然划分阶段。例如

淬硬前安排粗加工，淬硬后安排精加工。加工精度要求不高的场合，就不应该划分阶段；应在一个工序内连续完成粗、半精和精加工工序⚫3）安排工序顺序的原则⚫（1）前面工序要为后面工序做准备好基准。粗加工到精加工时，应精修基准。⚫（

2）先面后孔，用面加工孔，定位平稳。⚫（3）最高表面精加工应安排最后。⚫（4）易产生最高废品率的工序应尽量放在前面。⚫（5）单件小批量生产按机群制布置。⚫（6）次表面的加工工序可插入主要表面的加工工艺之间，次表面主要指键槽、螺孔。

⚫（7）精加工工序必须在装配后进行。⚫例：连杆小端头衬套、镗孔。⚫例：配铰⚫（8）热处理工序⚫a、正火(normalization)、调质(hardeningandtempering)，应在粗加工以前或在粗加工和半精加工之间

进行。⚫b、消除内应力的人工时效(artificialageing)工序，一般放在粗加工与半精加工之间进行。⚫c、淬硬(hardenquench)工序一般在半精加工和精加工之间进行。⚫(9）辅助工序的安排⚫包括检验工序、去毛刺、平衡、清洗。⚫a、零件全部加工完毕后；⚫b、从一个车

间转到另一车间的前后；⚫c、工时较长或重要关键工序的前后。3.工序的集中与分散⚫同一零件加工工艺规程可具有不同的工艺数，可采用工序集中法和工序分散法。⚫集中法(concentrationmethod)加工集中在少数几道工序里完全，每道工序所包含的加工内容较多。⚫分散法

(dispersionmethod)加工分得细、工序多、工艺路线长，每工序所包含的加工内容较少。millerdrillergrinderborerManufacturingcentrelathe⚫１)工序集中的优点⚫（1）减少工件装夹次数。⚫（2）减少机床

的数量。⚫2）工序分散的优点⚫（1）机床设备和工、夹具比较简单、调整比较容易、工人易掌握技术。⚫（2）有利于选择最合理的切削用量、减少机动时间、工序集中的优点是工序分散的缺点。